摻雜對CdTe與ZnO體系結(jié)構(gòu)與光學(xué)性質(zhì)的密度泛函理論計算

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1、西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1頁摘要采用基于第一性原理的密度泛函理論，利用廣義梯度近似和超軟贗勢方法，計算研究了CdTe以及Sb摻雜的CdSb／Tel吖，以及ZnO的系列摻雜體系M。Zn，O：(=Na、Li、N、Mg、Na-Mg、Li—Mg、Li-N)的晶體結(jié)構(gòu)，電子能帶，態(tài)密度和光學(xué)性質(zhì)。分析討論了晶體結(jié)構(gòu)，電子能帶，態(tài)密度和光學(xué)性質(zhì)與摻雜元素種類和摻雜量之間的關(guān)系。計算得到溉乃J吖的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度、吸收光譜、價帶與空帶之間的能隙乓、價帶頂(VBM)和導(dǎo)帶底(CBM)等隨Sb元素含量x的變化關(guān)系。結(jié)果表明，由于導(dǎo)帶的底部(C口M)升高，摻入Sb原子使系統(tǒng)的空穴濃度

2、增加，原子間相互作用減弱，結(jié)合能減少，帶隙最增大。x耋0．125時，系統(tǒng)吸收的太陽能隨X增加而增大；0．1250．25時系統(tǒng)對太陽能的吸收隨X增加而增強。指出利用基底表面對晶格的牽引作用，制作Sb原子較大比例取代CdTe閃鋅礦晶相Te原子的薄膜，對提高光電材料的性能是有益的。分析討論了影響ZnO基P型電導(dǎo)的因素，并模擬計算了不同摻雜體系對太陽能的吸收光譜。結(jié)果表明：(1)Na原子作為P型摻雜劑取代Zn原子時，與價帶相互作用成鍵，與導(dǎo)帶成反鍵，使帶隙增寬；摻雜系統(tǒng)電子數(shù)減少導(dǎo)致價帶能量和空穴數(shù)增大，其中自旋向上能帶增加的空穴多于自

3、旋向下能帶。Mg．Na共摻時，Mg原子的主要作用是其3p軌道使導(dǎo)帶能量增高并導(dǎo)致體系帶隙增大。(2)N原子的摻入使ZnO的簡并能級分裂，同時引起其它原子費米面附近空穴數(shù)增加，形成深受主摻雜類型。Mg．N共摻使ZnO的能級比單摻N原子時簡并分裂的程度更強，其中Mg原子的摻入使系統(tǒng)的受主能級能量更低，有利于低阻P型半導(dǎo)體的形成。(3)模擬計算表明，摻雜體系吸收太陽能的能力依次為：Zno．75Mgo．125Lio．1250>Zno．875Lio．1250>Zno．75Mgo．125Nao．1250>Zno．875Nao．1250>Zno．875Mgo．125No．12500．8

4、75>ZnNo．12500．875>Zno．875Lio．125No．12500．875。關(guān)鍵詞：密度泛函理論，CdTe，ZnO，摻雜，太陽能西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第1I頁AbstractThelatticesandelectronicpropertiesofCdTe、CdSbxTe1．xandMxZnyOz(M=Na、Li、N、Mg、Na-Mg、Li—Mg、Li-N)areoptimizedandcalculatedusingultra—softpseudo—potentialapproachoftheplanewavebaseduponDFToffirst-p

5、rinciple．Theelectronicbands，densityofstatesandopticalpropertiesareobtainedaccordingly,andthedoping—effectsontheelectricalandopticalpropertiesalsoareanalysed．Theelectronicbands，densityofstates，absorptionspectra，theenergiesofvalencebandmaximum(VBM)，theconductionbandmininium(CBM)andtheenergy

6、gap乓withdifferentdopingconcentrationxofSbarecalculated．Itisindicatedthat．duetotheCBMascended，theholeconcentrationofthesystemincreased，theinteractionbetweenatomsweakenandthebindingenergydecreased，theenergygapincreaseswiththeincreasedSb·doping．Withtheincreasingofx，thesolarenergyabsorbedbyth

7、esystemincreasesasx至0．125，decreasesas0．125O．25．ItwaspointedoutthatalargeproportionofSbsubstitutingforTeCdTe，whichcouldbeproparedewiththetractioneffectofsubstratesurfacetothelattice，wouldimprovetheopticalperformance．Electronicbands，density